Разработка методики прогнозирования и учёта деформаций крыла на ранних стадиях проектирования с использованием модели тела переменной плотности

• Автор: Лаптева, Марина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 107 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
1.1 Эволюция методов проектирования летательных аппаратов
1.2 Технология точного попадания
1.3 Проблемы ранних стадий проектирования
1.4 Математическое моделирование в анализе авиационных конструкций
1.5 Использование тела переменной плотности в оптимизационных задачах
1.6 Задачи исследования
1.7 Выводы
2 УЧЁТ СВЯЗИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК С ДЕФОРМАЦИЯМИ КРЫЛА
2.1 Особенности деформирования стреловидных крыльев
2.2 Алгоритм учёта связи распределения аэродинамической '
нагрузки с деформациями крыла
2.3 Особенности оптимизации конструкции с использованием ЗБ
модели переменной плотности
2.4 Пример учёта деформаций крыла
2.5 Выводы
3 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОГНОЗА ДЕФОРМАЦИЙ КРЫЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗО-МОДЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОТНОСТИ
3.1 Аналитическая модель деформирования консольной балки с переменной плотностью
3.2 Тестирование точности прогнозирования деформаций по
аналитической модели
3.3 Учёт конструктивно-технологических факторов
3.4 Настройка алгоритма расчёта деформаций крыла
3.5 Выводы
4 ЭФФЕКТ УЧЁТА ДЕФОРМАЦИЙ КРЫЛА
4.1 Реализация методики учёта деформаций крыла
4.2 Валидация программного комплекса
4.3 Влияние учёта деформаций на распределение нагрузки и массу конструкции крыла
4.4 Оценка учёта деформаций на примере крыла самолёта Ту
4.5 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А ДАННЫЕ ПО ПРОГИБАМ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Масса конструкции и вес конструкции применяются как разнозначные термины в связи с устойчивыми традициями в авиационно-технической литературе и необходимостью использования таких понятий, как «весовые формулы», «весовой проектирование», которые по своей сути связаны с расчётами и прогнозированием массы конструкций.
Силовой фактор - величина, выражающая одновременно величину и протяжённость действия внутренних усилий в конструкции, имеет размерность Н*м.
Коэффициент силового фактора - безразмерная величина, характеризующая совершенство топологической структуры конструкции, определяется как отношение силового фактора к произведению характерной нагрузки и характерного размера конструкции.
Коэффициент полной массы - отношение полной массы конструкции к минимальной массе материала, необходимого по условию прочности.
Concurrent design paradigm - технология точного попадания в проектировании.
b - главный критерий, связанный с назначением самолёта, например, коэффициент топливной эффективности,
Ск - коэффициент силового фактора,
Е - модуль упругости при единичной плотности,
G - силовой фактор - специальный критерий, учитывающий величину внутренних сил в конструкции и протяжённость их действия; модуль сдвига,
К - аэродинамическое качество,
I - размах крыла, т — масса,
Р - внешняя нагрузка,
t - затраты времени на доводку и сертификацию,
Vf—теоретически необходимый объём силового материала конструкции, X- вектор проектных переменных,
-Аа, град
Эксперимент
а нагрузка приложена по оси жесткости
2000 6000 10000 пот 18000 г, мм
Рисунок 2.8 - Изменение углов атаки поточных сечений крыла
Из приведённого анализа следует, что изменение углов атаки стреловидного крыла определяется в основном изгибом. Оно может быть значительным и его необходимо учитывать на ранних стадиях проектирования для того, чтобы избежать ошибок в задании нагрузок.
В случае отрицательной стреловидности хорошо известно, что оба эти фактора - влияние изгиба и кручения - суммируются, приводят к увеличению углов атаки концевых сечений и вызывают перераспределение нагрузки к концам крыла, которое, безусловно, нуждается в учёте.
2.2 Алгоритм учёта связи распределения аэродинамической нагрузки с деформациями крыла
Основной трудностью для учёта деформаций крыла при расчёте нагрузок на него на начальной стадии проектирования является отсутствие самой конструкции и, следовательно, информации о её жёсткости. Причём для правильного задания нагрузок было бы желательно знать упругие свойства конструкции, по возможности близкой к оптимальной [81].
Рассмотрим возможный вариант построения связи между аэродинамическими нагрузками и деформациями конструкции минимальной